Rapid Prototyping

Aus ESOCAETWIKIPLUS

engl: rapid prototyping          Kategorie: Level 2 Maschinenbau

Rapid Prototyping wird hier als Begriff verwendet für das Erstellen von Bauteilen aus Pulver, das in Schichten aufgebaut und jeweils mit einem Laserstrahl verschmolzen wird. Dafür werden auch Bezeichungen wie

• generative Fertigung
• schnelle Fertigung
• rapid manufacturing
• rapid tooling
• selective laser melting (SLM)
• additive manufacturing

Dieses Methoden können für verschiedene Werkstoffe angewendet werden, z.B. für Metalle, Kunststoffe.

Die Simulation dieser Methoden hat das Ziel,

• den Prozess zu verstehen (experimentelle Untersuchung teilweise schwierig oder unmöglich),
• den Prozess vorherzusagen (Festlegung von Prozessparametern, Prozesssicherheit) und
• die Eigenschaften des Produktes vorherzusagen (Verzug, Eigenspannungen).

Die Herausforderungen bei der Simulation sind

• der schichtweise Aufbau (Die Diskretisierung muss zwingend den Schichtaufbau repräsentieren, spätere Schichten müssen inaktiv im Modell vorbereitet und enthalten sein und sukzessive aktiviert werden),
• der Unterschied der massiven Bauteilbereiche gegenüber den netzartig strukturierten Support-Bereichen (der Support stützt Bauteilbereiche, die oberhalb erst später geformt werden),
• die geringen Abmessungen des Ortes des eigentlichen Geschehens (Laser-Spot) und
• die Abmessungen der Schichthöhe (10..50 μm) gegenüber den Bauteilabmessungen (10..300 mm).

Der Datenstrom beinhaltet meistens

• eine Umsetzung aus dem CAD-Bereich in STL-Daten (Bauteilumrisse),
• ein Entwurf des Bauprozesses (Lage des Bauteils im Bauraum, Support-Strukturen),
• eine Planung der Belichtung je Schicht und
• die Erzeugung der Maschinen-Steuerungsdaten.

Die Simulation erfolgt im allgemeinen mit transienten Simulationen, wobei das Temperaturfeld und die Strukturmechanik sequentiell nacheinander berechnet werden.